一、引言
我們在日常生活中會經常接觸到視頻信號， 它通常由紅、綠、藍三種基色信號組成，這三個基色信號可以通過不同的比例和亮度組合來生成各種顏色的圖像。視頻信號的應用非常廣泛，包括電視廣播、電影制作、視頻會議、監控系統等。

隨著技術的發展，視頻信號的傳輸質量和處理效率也在不斷提高。但整體來講，視頻信號的基本組成原理和基本格式通常都是相似的。因此，了解視頻信號的組成原理和傳輸格式對于我們測試相關的視頻信號傳輸系統大有幫助。

為了確保視頻信號的質量和穩定性，需要對其各項指標進行嚴格的測試和評估。這些指標包括但不限于視頻信號幅度、亮度非線性、K系數、穩定性、信噪比、色調、視頻電平、聲道以及音頻信號質量等。通過測試這些指標，可以確保視頻信號在傳輸過程中不會出現失真、噪聲等問題，從而保證觀眾能夠獲得清晰、流暢、色彩鮮艷的視覺體驗。同時，這些指標也是衡量視頻設備性能和質量的重要標準，對于制造商和用戶來說具有重要意義。

因此，本文將會圍繞JTG 2182-2020標準中閉路電視監視系統的傳輸通道指標內容，對視頻信號格式和視頻通道測試指標進行相應的介紹。

二、視頻信號原理
2.1 視頻信號的組成
視頻信號由亮度信號、色度信號和同步信號組成。
亮度信號：包含視頻圖像的強度（亮度或暗度）信息
色度信號：包含視頻圖像的色彩信息
同步信號：控制在電視顯示屏等顯示器上信號的掃描

圖1 視頻信號組成

2.1.1 亮度信號
亮度信號以幅度值來表示亮度大小。如圖2所示，該圖為亮度階梯信號，每個階梯的亮度大小如紅點所示分別為：140mV, 280mV, 420mV,560mV ,700mV 。不同的階梯代表不同的亮度，最小值為黑，最大值為白，中間為灰。

圖2 亮度信號

2.1.2 色度信號
色度信號由色調和飽和度組成。
色調是指圖像的相對明暗程度，在彩色圖像上表現為顏色，是顏色的重要特征，它決定了顏色本質的根本特征。如圖3所示：

圖3 色度信號的色調

飽和度指色彩的鮮艷程度，也稱色彩的純度。純的顏色都是高度飽和的，如鮮紅，鮮綠。

圖4 色度信號的飽和度

色調與色飽和度通過一定的轉換，轉換成色差信號，然后調制在色副載波上。已調色差信號即為色度信號，其相位代表色調，即顏色；其幅度代表色飽和度。
如下圖中紅框所展示的就是色度信號：

圖5 色度信號

藍框內的信號為一個參考信號，用作色度信號解析的參考。
?
2.1.3 同步信號
同步信號控制顯示器上信號的掃描，包括行同步和場同步的。如圖6藍框內。
行同步信號：同步行掃描的信號，每行來一次，每來一次就意味著本行掃描結束，新的一行就要開始了。
場同步信號：同步場掃描的信號，每場來一次，每來一次就意味著本場掃描結束，新的一場就要開始。

圖6 同步信號

場和幀的概念并不相同，一場指的是從屏幕上邊掃到下邊的一次，而幀指的是能夠組成完整畫面的圖像數據。在逐行掃描中一場等于一幀，而在隔行掃描中一幀包括兩場：奇場和偶場。
?
2.2 視頻信號格式
在JTG2182關于閉路電視監視系統的傳輸通道指標測試標準中，視頻信號的格式主要有三種：標清模擬復合視頻信號（CCVS）、高清模擬分量視頻信號（RGB、YPbPr）、高清數字分量視頻信號（RGB、YCbCr）。
在我們的信號源VSG中，接口形式為：

圖7 VSG接口形式

2.2.1 標清模擬復合視頻信號（CCVS）
標清模擬復合視頻信號（CCVS）由1個75Ω阻抗的BNC接口（如下圖）傳輸。標清表示分辨率為720×576，模擬代表傳輸的信號為模擬信號，復合代表亮度信號、色度信號和同步信號合成到一個復合信號中進行傳輸。

2.2.2 高清模擬分量視頻信號（RGB、YPbPr）
在高清模擬分量視頻信號（RGB、YPbPr）由三組75Ω BNC接口進行傳輸，如圖9所示。 其中高清表示分辨率最高可達1920×1080。模擬代表傳輸的信號為模擬信號。 分量表示亮度信號、色度信號、同步信號分別進行傳輸。
在RGB格式下亮度信號與色度信號是分別由R/G/B三種信號進行傳輸的，其中同步信號在G信號里面。YPbPr格式下，Y信號為亮度信號和同步信號，Pb、Pr為色度信號。

2.2.3 高清數字分量視頻信號（RGB、YCbCr）
在高清數字分量視頻信號（RGB、YCbCr）中，信號由1組HDMI接口進行傳輸。 其中高清表示分辨率最高可達1920×1080。數字代表傳輸信號為數字信號。 分量表示亮度信號、色度信號、同步信號分別進行傳輸。
在RGB格式下亮度信號與色度 信號是分別由R/G/B三種信號進行傳輸的，其中同步信號在G信號里面。YCbCr格式下，Y信號為亮度信號和同步信號，Cb、Cr為色度信號。

三、相關視頻指標分析
3.1 視頻信號幅度（白條幅度）
標準的視頻信號幅度是1Vp-p，此處主要是白條幅度即視頻電平：700mV。

圖8 白條幅度

白條幅度對視頻的影響： 超出指標值會造成圖像過亮或過暗。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第7頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? △8.1.1 視頻電平（700±30）mV
?
3.2 視頻信號幅度（同步脈沖幅度）
此處主要是同步脈沖幅度,即同步脈沖信號的幅度：300mV。

圖9 同步脈沖幅度

同步脈沖幅度對視頻的影響：超出指標值會引起圖像扭曲，甚至圖像顯示無法觀看。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第7頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? △8.1.2 同步脈沖幅度（300±20）mV
?
3.3 亮度線性（K系數）
用來度量圖像損傷，這里的失真是短時間波形失真。一般用“2T正弦平方波失真”( K-2T)作為測試指標。

圖10 亮度線性（K系數）圖10 亮度線性（K系數）

亮度線性（K系數）對視頻的影響： 導致圖像出現多輪廓、造成重影，使清晰度下降。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? △8.1.3 回波E ＜7%
?
3.4 亮度非線性
從消隱電平（黑電平）到白電平之間變化的線性度。計算相應各階梯幅度值之間的最大差值。

圖11 亮度非線性

亮度非線性對視頻的影響： 1、圖象失去灰度，層次減少。 2、分辨率降低，產生色飽和度失真（由于色度信號是疊加在亮度信號上）。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? 8.1.4 亮度非線性≤5%
?
3.5 微分增益（DG）
由圖像亮度信號幅度變化引起的色度信號幅度失真。計算帶色度調制的階梯信號各階梯上的色度幅度值之間的最大差值。

圖12 微分增益

微分增益（DG）對視頻的影響：不同亮度背景下的色飽和度失真，影響彩色效果。比如：穿鮮紅衣服從暗處走向亮處， 鮮紅衣服會變濃或變淡。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? 8.1.7 微分增益≤10%
?
3.6 微分相位（DP）
由圖像亮度信號幅度變化引起的色度信號相位失真。計算各帶色度調制的階梯信號的色度副載波的相位角和消隱電平上副載波信號的相位角之差，超前為正。

圖13 微分相位

微分相位（DP）對視頻的影響：在不同亮度背景下，色調產生失真，影響彩色效果。例如：鮮紅衣服從暗處走到明處，鮮紅衣服就偏黃或偏紫。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? 8.1.8 微分相位≤10°

3.7 色度/亮度增益差
輸出端信號中亮度分量和色度分量幅度比的改變稱色度/亮度增益差。

圖17 色度/亮度增益差

色度/亮度增益差對視頻的影響：影響圖像的飽和度失真。例如：增益差為負：圖象色彩變淡、暗淡、人物神色不佳；增益差為正：顏色過濃、輪廓不分明，類似兒童填色畫，缺乏真實感。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：

8.1 標清模擬復合視頻信號
? 8.1.5 色度/亮度增益不等±5%

3.8 色度/亮度時延差
輸出在亮度分量與色度分量的調制色絡波形的相應部分在時間關系上出現的差值。

圖15 色度/亮度時延差

色度/亮度時延差對視頻的影響：彩色套色不準，在水平方向出現彩色鑲邊，人眼比較敏感。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? 8.1.6 色度/亮度時延差≤100ns

3.9 幅頻特性
從低頻至高頻的頻帶范圍內，通道輸入與輸出之間相對于基準點頻率的增益變化，測試信號是多波群信號。頻率分別為：0.5MHz，1MHz，2MHz，4MHz，4.8MHz，5.8MHz。

圖16 幅頻特性

幅頻特性對視頻的影響：影響圖像清晰度，如果高頻部分衰減大，圖像細節變淡、邊緣輪廓不清。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? △ 8.1.9 幅頻特性（5.8MHz 帶寬內） ±2dB

3.10 信噪比
信號傳輸過程中，信號本身與噪聲的比值。

圖17 信噪比

信噪比對視頻的影響：信噪比越大代表傳輸通道的噪聲越大，圖像的質量就越差。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：
8.1 標清模擬復合視頻信號
? △8.1.10 視頻信噪比（加權） ≥56dB

3.11 通道間時延差
分量視頻信號中（ YCR(PR)CB(PB)與RGB ），各通道之間的時延差，例如R信號與G信號，R信號與B信號。

圖18 通道間時延差

通道間時延差：通道間時延越大，信號的亮度色度傳輸就會產生誤差，導致圖像的成像越差。
典型指標舉例：
JTG 2182-2020標準4.3.2閉路電視監視系統實測項目第八項傳輸通道指標（第8頁）：
8.2 高清Y、CR(PR)、CB(PB)視頻信號
? 8.2.7 Y/CB（Y/PB）、Y/CR(Y/ PR) 信號時延差±10ns

審核編輯 黃宇